[发明专利]基于三维信息的动态造型控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于三维信息的动态造型控制方法，特别涉及一种将计算机三维模型信息实时转化成控制动态造型机械传动装置运行的方法。

背景技术

随着计算机技术的发展，利用先进的数控技术，结合机械传动装置，实时生成三维实体的应用案例越来越多，这类案例主要通过由步进电机、舵机、液压顶杆等设备构成的机械传动装置，展示各种图形、曲线、曲面等造型，传递各种信息，用户还可以对这一生成的三维实体进行浏览和交互。例如由德国互动设计公司 ART + COM 为德国慕尼黑宝马博物馆设计的装置“The Kinetic Sculpture”，通过信息驱动，将虚拟轮廓通过机械装置以运动造型的方式呈现给观众，整个装置由714个金属球体组成，每个球体由钢丝吊起直接与步进电机相连，可以实时变幻的实体造型。又比如上海2010年世博会，1020个凌空漂浮的圆球矩阵，通过升降位置和光影投射，变换出各种造型的动态雕塑，美轮美奂，令观者震撼。

利用机械传动装置实时生成的三维实体，不仅能够满足视觉感知功能，还能满足触觉感知功能，是一种较理想的动态造型技术。目前该领域对机械传动装置的控制方式主要基于以下几种方式：（1）针对每一个传动点，输入运动坐标，执行程序；（2）利用二维信息（如图片、视频或音频等信号），将信息转换为深度值，再传输给控制器，改变传动装置的运动轨迹。（3）通过复杂计算，对三维模型进行解析，用三维信息作为对机械装置的控制源。

但在实际应用中，前两种方式既不能直观地控制传动装置，又难以实现多角度高精度的动态造型结果。而最后一种方式，虽然实现了通过三维信息直观控制，但往往需要通过OpenGL或者Direct3D等图形程序接口进行复杂的开发才能够完成，特别是在模型复杂或模型数量大的情况下，在三维解析过程中会消耗大量的资源，产生了大量多余的信息，延长了数模转换的时间，影响了实时控制的效果，因此有通过其他方法改进的余地。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于三维信息的动态造型控制方法，通过该方法，可以快速高效地将计算机三维模型信息转化成控制数据，精确地控制动态造型机械传动装置，实现动态三维造型。 

为达上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于三维信息的动态造型控制方法，其特征在于，包含以下步骤：                                                根据真实的动态造型环境设置虚拟三维环境；将三维模型导入至所述的三维环境中，调整尺寸并确立在所述三维环境中的相对位置关系；根据所述三维模型的顶点坐标信息，在所述三维环境内生成参考线；根据所述三维环境中的单元格以及参考线生成控制数据。

所述的基于三维信息的动态造型控制方法，其特征在于：所述步骤针对用于动态造型的机械传动装置的结构特征及运动范围设置三维环境时，其中包括对所述机械传动装置运动单元的尺寸、数量、排列方式以及运动行程的具体设置。

所述的基于三维信息的动态造型控制方法，其特征在于：所述步骤针对用于动态造型的机械传动装置的结构特征及运动范围设置三维环境时，其具体实现方式是：1.1)根据所述机械传动装置运动单元的总尺寸设置xy轴平面的大小；1.2)根据所述的机械传动装置的最大运动行程, 确定三维空间总高度；1.3)根据所述机械传动装置的运动单元数量及排列方式，在三维空间xy轴平面上排列单元格； 

所述的基于三维信息的动态造型控制方法，其特征在于：所述步骤将三维模型导入至所述的三维环境中，调整尺寸并确立在所述三维环境中的相对位置关系时，其具体实现方式是：2.1)将所述的三维模型导入到所述三维环境后，将所述三维模型底部放于所述三维环境xy轴平面上；2.2）根据所述三维环境的尺寸，将所述的三维模型按比例缩放至所述三维环境范围内。

所述的基于三维信息的动态造型控制方法，其特征在于：所述步骤根据所述三维图形的顶点坐标，在所述三维环境内生成参考线时，其具体实现方式是：3.1）从所述三维模型的每个顶点出发，用直线垂直连接xy轴平面；3.2）将垂直于单元格内最长的直线保留下来作为参考线。

所述的基于三维信息的动态造型控制方法，其特征在于：所述步骤根据所述三维环境中的单元格以及参考线生成控制数据时，其具体实现方式是：4.1）根据所述单元格的坐标确定机械传动装置的运动单元；4.2）将所述单元格内的参考线的长度作为机械传动装置对应运动单元的运动行程。